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Gebäudeausleuchtung mit Tageslicht
Gebäudeausleuchtung mit Tageslicht - Wirtschaftlichkeit und Wohlfühleffekte:
Heliostaten bringen Tageslicht ins Gebäudeinnere
Nachhaltige Gebäudeplanung hat viele Aspekte. Einer ist die Integration von Tageslicht ins Gebäudeinnere. Tageslicht ist nicht nur gut für die mentale Gesundheit, hohe natürliche Lichtmengen senken den Energieverbrauch und schonen damit auch den Geldbeutel. Eine ebenso überzeugende wie überraschende Belichtungswirkung haben Heliostaten. Colt International lenkt mit diesen modernen Sonnenspiegeln ein Maximum an natürlichem Licht in Gebäude mit ganz unterschiedlichen Funktionen und Dimensionen - von Südtirol bis Massachusetts.
Im Hinblick auf das Wohlgefühl in einem Gebäude ist Tageslicht durch nichts zu ersetzen. Es sorgt dafür, dass Menschen sich gern in einem Raum aufhalten, Erwachsene können effektiver arbeiten, Kinder besser lernen.
Und wenn man es schafft, möglichst viel natürliches Licht in ein Gebäude zu bringen, dann wirkt sich dies auch positiv auf die Energiebilanz aus, denn der Bedarf an künstlichem Licht sinkt. Zudem besteht die Ausbeute künstlicher Lichtquellen zu 85 Prozent aus Wärme und nur zu 15 Prozent aus Licht. Diese Wärmeentwicklung erhöht wiederum die Kühllasten, besonders wenn Klimaanlagen zum Einsatz kommen.
Moderne Heliostaten - also lenkbare Sonnenspiegel - sind eine sehr wirksame Methode, um ein Höchstmass an Tageslicht in Gebäude zu bringen, selbst in per se dunklere Bereiche wie Flure oder Innenhöfe. Die Firma Colt International hat bereits eine Vielzahl von Heliostatenanlagen installiert. Zum Beispiel im Rathaus von Nals in Südtirol oder im amerikanischen Cambridge/Massachusetts. Hier steht das Genzyme Center, die Hauptverwaltung der Genzyme Corporation. In dem zwölfstöckigen Bürogebäude hat man den Eindruck, als hätten die Planer das Tageslicht eingefangen und im gesamten Gebäude neu eingestreut, gerade so, wie es der jeweiligen Nutzung der Räume entspricht.
Genzyme Center, Massachusetts
Das Herz des gesamten Gebäudekomplexes ist ein großzügiges Atrium, das in vielfältiger Weise die verschiedenen Geschosse verbindet: Über Treppen erreicht man Gärten, die auf Terrassen zwischen den Büroräumen angelegt wurden. Bürolandschaften gehen über in grüne Landschaften.
Die Arbeitsplätze im Genzyme Center sind weitgehend natürlich beleuchtet. Die einzelnen Komponenten des Lichtsystems wurden dabei so berechnet, das sich eine optimale Balance von Tageslicht und Kunstlicht im Gebäude ergibt. Unter dem Glasdach über dem Atrium befindet sich eine Prismendecke, die das Licht filtert, das nach unten fällt. Die Prismenelemente dienen gleichzeitig als Sonnen- und Blendschutz, und man kann mit ihnen die Lichtmenge, die ins Gebäudeinnere fällt, genau regulieren. Auf der Nordseite reflektieren sieben Heliostaten, auf der Südseite eine Reihe von fest montierten Spiegeln das Tageslicht in das Atrium. So fällt auch direktes Sonnenlicht in die Tiefe des Innenhofes, am Grund bricht es sich in einer Wasseroberfläche.
Beleuchtung des Treppenhauses mit Tageslicht
7 fest montierte Spiegel spiegeln das Tageslicht ins Atrium
Rathaus von Nals in Südtirol
Im Rathaus von Nals in Südtirol hat der Weg des Lichts gar symbolische Bedeutsamkeit. Das Planungsbüro Trojer Vonmetz Architekten befand, ein Rathaus sei "immer eine besondere Aufgabe für jeden Planer" gilt es doch mit dem Rathaus weitaus mehr zu verwirklichen als Nutzflächen. Das Rathaus soll adäquater Ausdruck der kleinsten demokratischen Einheit des Staates sein, Ausdruck unserer lebendigen Demokratie, die keine Selbstverständlichkeit ist. Transparenz und Offenheit sind wesentliche Merkmale für ein solches Gebäude, das vom Licht und mit Ideen für die Zukunft durchflutet werden soll?. Seinen baulichen Ausdruck fand diese Einschätzung vor allem in einem großzügigem zentralen Erschließungsbereich und einem durchgängigen Luftraum, der über alle drei Stockwerke reicht und durch ein Firstoberlicht belichtet wird. Durch dieses Oberlicht wird - durch den Ratsaal hindurch - bis in das Erdgeschoss Licht geleitet. Colt International installierte hierzu auf dem Rathausdach einen Heliostaten vom Typ Lightron BO2100, zwölf Umlenkspiegel (402x1437 mm) und 21 extrudierte Aluminium-Lamellen mit Spiegelblech.
Durch ein Oberlicht wird - durch den Ratsaal hindurch - Licht bis in das Erdgeschoss geleitet.
Heliostaten vom Typ Lightron BO2100
Heliostaten vom Typ Lightron
Die Heliostaten vom Typ Lightron, die im amerikanischen Genzyme Center ebenso wie im Südtiroler Rathaus zum Einsatz kommen, greifen ein uraltes Lichtleitprinzip auf: Schon im Ägypten der Pharaonen brachten die Baumeister mit von Hand geführten Spiegeln in das Innere der Pyramiden. Heute freilich sind die Heliostaten mit komplexen Steuerungssystemen ausgerüstet, die die Nachführung der Sonnenspiegel übernehmen.
Ein heliostatischer Spiegel von einem Meter Durchmesser kann die Beleuchtungsstärke von bis zu 1,2 kWel Leuchtstoffröhren oder 4,9 kWel konventioneller Kunstlichtbeleuchtung ersetzen. Dem liegt ein durchschnittlicher Wert für die Intensität der Sonneneinstrahlung an einem hellen Sonnentag zu Grunde. Dieser Wert beträgt ungefähr 100 000 Lux. Zum Vergleich: Die Helligkeit in einem Raum mit Fenster ohne künstliche Lichtquelle beträgt normalerweise zwischen 300 und 2 500 Lux.
Hintergrundinformation:
Engergiebilanz - Beispiel für den Standort Berlin mit 1.700 Sonnenstunden pro Jahr
| Baugröße Heliostaten |
|
L 1600 |
L 2100 |
L 2500 |
| Spiegelfläche |
m² |
2 |
4,4 |
6,25 |
| Max. Strahlungsleistung |
kw |
0,94 |
2,07 |
2,95 |
Lichtausbeute
(unter Berücksichtigung des Standby) |
lm/Wel |
540 |
1190 |
1696 |
Nutzungsgrad
(unter Berücksichtigung des Standby) |
Wstr/Wel |
4,7 |
10.3 |
14,7 |
| vergleichbare el. Leistung v. Kunstlicht |
kWel |
9,8 |
21,8 |
30,8 |
| Strahlungsertrag |
MWh/J |
1,6 |
3,5 |
5,0 |
| El. Energieaufwand v. Kunstlichtbel. |
MWh/J |
16,8 |
37,0 |
52,4 |
|
|
|
|
|
| Nachführaufwand |
|
0,6 |
0,6 |
0,6 |
Heliostaten - das Prinzip
Ein Heliostat besteht aus mehreren Elementen: einem Primärspiegel, zwei Motoren (jeweils einer für den Elevationswinkel und für den Azimuthen), einer Steuerungseinheit, zwei fest stehenden Reflektionsspiegeln (sekundärer und tertiärer Spiegel) sowie einer unterstützenden Stahlkonstruktion.
- Der Rahmen besteht aus torsionsfreien und verwindungssteifen Metallprofilen, deren Oberflächen sandgestrahlt, heiß galvanisiert und zweifach mit RAL/NCS Lack vom Typ 9006 (aluminiumfarben) versehen sind.
- Ein Starkstrommotor (3 ph, 100V, 2 Amp) regelt die Ausrichtung der heliostatischen Spiegel an der Sonne, er bringt die Spiegel in eine optimale Position zur Sonne in Verbindung mit Azimuth und Höhenwinkel.
- Die Nachführungsmotoren sind mit spielfreiem Getriebe mit Antiblockierschutz ausgestattet. Alle Lager und Getriebebauteile sind auf Lebensdauer geschmiert und gedichtet (Azimuth-Rotation: ca. 270°, Rotation des Erhebungswinkels: ca. 170°, Drehungsabweichung: ca. 0,5°, Leistung: 500 VA).
- Die Steuerung setzt sich zusammen aus Mikroprozessorsteuerung, Schnittstelle und Leistungselektronik, alle zusammengefasst in einem Schaltschrank. Die Bedienung erfolgt über eine Tastatur und LCD-Display. Die Steuerung richtet die Position des Heliostaten 500 Mal pro Minute gleich.
- Die Spiegel selbst sind aus laminiertem Glas mit einem Reflektionswert von 87 Prozent. Die Reflektoren bestehen aus zwei Schichten von jeweils drei Millimeter dickem Glas, dazwischen befindet sich ein reflektierender Film.
Das Prinzip eines Heliostaten
Das Genzyme Center gilt in den USA als ein Pionierprojekt für "grüne" Planungsstrategien im Bereich der Unternehmensarchitektur. Hier wurden alle Register nachhaltiger Gebäudeplanung gezogen, um Architektur, Kosten, Baubarkeit und Sicherheit optimal auszubalancieren. Die öffentliche Anerkennung der amerikanischen Fachwelt blieb nicht aus: Das Gebäude wurde mit LEED Platinum, der höchsten Kategorie für nachhaltiges Bauen ausgezeichnet.
Colt International GmbH
Ansprechpartner Herr Rolf Karrasch
Briener Straße 186
47533 Kleve
+49 (0)2821 9900
+49 (0)2821 990204
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